基于FPGA的SNN脉冲神经网络之LIF神经元verilog实现,包含testbench

简介: 本项目展示了 LIF(Leaky Integrate-and-Fire)神经元算法的实现与应用,含无水印运行效果预览。基于 Vivado2019.2 开发,完整代码配有中文注释及操作视频。LIF 模型模拟生物神经元特性,通过积分输入信号并判断膜电位是否达阈值产生脉冲,相较于 Hodgkin-Huxley 模型更简化,适合大规模神经网络模拟。核心程序片段示例,助您快速上手。

1.算法运行效果图预览
(完整程序运行后无水印)

image.png

2.算法运行软件版本
vivado2019.2

3.部分核心程序
(完整版代码包含详细中文注释和操作步骤视频)
```//Vtn exp(-dt/tao)
reg signed[15:0]d1_Vtn;
always @(posedge i_clk or posedge i_rst)
begin
if(i_rst)
begin
d1_Vtn <= 16'd0;
end
else begin
d1_Vtn <= i_Vtn;
end
end
wire signed[31 : 0] P;
mult_gen_0 Vexp (
//.CLK(i_clk), // input wire CLK
.A(d1_Vtn), // input wire [15 : 0] A
.B(o_exp), // input wire [15 : 0] B
//.SCLR(i_rst), // input wire SCLR
.P(P) // output wire [31 : 0] P
);
assign o_dat1=P[27:12];
//sum sitn
Wij
reg signed[31:0]sw1j;
reg signed[31:0]sw2j;
reg signed[31:0]sw3j;
always @(posedge i_clk or posedge i_rst)
begin
if(i_rst)
begin
sw1j <= 32'd0;
sw2j <= 32'd0;
sw3j <= 32'd0;
end
else begin
sw1j <= $signed(i_stn1)$signed(i_W1j);
sw2j <= $signed(i_stn2)
$signed(i_W2j);
sw3j <= $signed(i_stn3)*$signed(i_W3j);
end
end

reg signed[15:0]d1_dat;
always @(posedge i_clk or posedge i_rst)
begin
if(i_rst)
begin
d1_dat <= 16'd0;
end
else begin
d1_dat <= sw1j+sw2j+sw3j;
end
end

assign o_dat2= d1_dat;
assign o_Vtn1= o_dat1 + o_dat2;

endmodule

```

4.算法理论概述
LIF(Leaky Integrate - and - Fire)神经元是一种常见的脉冲神经元模型。它模拟了生物神经元的基本特性,主要包括对输入信号的积分和脉冲发放机制。从概念上理解,LIF 神经元就像一个带有漏电特性的容器,输入信号不断往这个容器中 “注水”(积分),当水位(膜电位)达到一定高度(阈值)时,就会产生一个脉冲,然后水位(膜电位)又会被重置。

2.jpg
3.jpg

    与简单的线性神经元模型相比,LIF 神经元具有脉冲发放的非线性特性。线性神经元模型的输出通常是输入的线性组合,而 LIF 神经元的输出是脉冲序列,其发放与否取决于膜电位是否达到阈值。与更复杂的生物神经元模型(如 Hodgkin - Huxley 模型)相比,LIF 神经元是一种简化模型。Hodgkin - Huxley 模型考虑了多种离子通道的动态变化,而 LIF 神经元只关注膜电位的积分和脉冲发放,在计算复杂度上较低,更适合于大规模神经网络的模拟和应用。
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